Kajian Adsorpsi Merkuri (II) dalam Larutan Hg(NO 3 ) 2 oleh Elektroda Pasta Karbon Termodifikai Bentonit (Deni Cahyadi, Eny Susilowati)

## KAJIAN ADSORPSI MERKURI (II) DALAM LARUTAN Hg(NO 3 ) 2

## OLEH ELEKTRODA PASTA KARBON TERMOFIDIKASI BENTONIT
STUDY ON MERCURY (II) ADSORPTION Hg(NO 3 ) 2 SOLUTION BY BENTONITE MODIFIED CARBON PASTE ELECTRODE
Deni Cahyadi, Eny Susilowati
Balai Besar Bahan dan Barang Teknik – Kementerian Perindustrian Jl. Sangkuriang No.14, Bandung, Telp. (022) 2504828, Fax (022) 2502027
Email: ajeungan@gmail.com Diterima: 11 April 2013 Direvisi: 16 Mei 2013 Disetujui: 4 Juni 2013

## ABSTRAK
Berdasarkan hasil penelitian mengenai pembuatan sensor elektrokimia hasil modifikasi pasta karbon dengan mineral montmorilonite, terbuka kemungkinan untuk menghasilkan sensor elektrokimia hasil modifikasi pasta karbon dengan menggunakan bahan mineral lokal seperti bentonit. Kajian ini menjelaskan interaksi yang terjadi antara elektroda pasta karbon termodifikasi bentonit dengan ion merkuri (II) dalam larutan Hg(NO 3 ) 2 pada berbagai konsentrasi. Percobaan dilakukan dengan menggunakan elektroda pasta karbon termodifikasi  bentonit (EPKTB)  pada perbandingan komposisi karbon-bentonit (4:2), dengan tegangan 1 volt, waktu 3 menit, dan pH 3. Pengukuran hasil adsorpsi dilakukan menggunakan metode  spektroskopi  serapan  atom (CV-AAS),  dengan mengukur konsentrasi merkuri (II)  sebelum dan sesudah prakonsentrasi dalam larutan Hg(NO 3 ) 2 . Hasil percobaan menunjukkan interaksi yang terjadi mengikuti model adsorpsi isotermal Freundlich dengan energi adsorpsi sebesar 120,07 kJ/mol serta memiliki kapasitas adsorpsi sebesar 0,53 mg/g.
Kata kunci: adsorpsi, elektroda pasta karbon, bentonit, merkuri

## ABSTRACT
According to research on making electrochemical electrode from modification of carbon-paste material, it has possibility to make electrochemical sensor from modification of carbon-paste material with local minerals such as bentonite. The study explained about interaction between Bentonite-Modified Carbon Paste (BMCP) Electrode and mercury (II) ion in Hg(NO 3 ) 2 solution at various concentrations. Experimental work was conducted using electrode at composition ratio of carbon-bentonite (4:2), at 1.0  volt, preconcentration time at 3 minutes, and acidity at 3. Adsorption result was  determined  by using Cold-Vapour Atomic Absorption Spectrophotometry (CV-AAS) analysis method, which measure on mercury  (II) content in  Hg(NO 3 ) 2 solution before and after preconcentration. Analysis result shows that interaction between Carbon-Pasted Bentonite Modified Electrode and mercury (II) ion on Hg(NO 3 ) 2 solution followed Freundlich isothermal adsorption models, with adsorption energy 120.07 kJ/mol and capacity 0.53 mg/g.
Keywords: adsorption, carbonpasted electrode, bentonite, mercury

## PENDAHULUAN
Merkuri merupakan salah satu unsur logam berat yang berbahaya dan penggunaan-nya mulai dilarang di berbagai negara, baik melalui regulasi RoHS ataupun regulasi berupa peraturan pemerintah. Bahaya merkuri baik terhadap lingkungan maupun kesehatan telah banyak terjadi, kasus pencemaran seperti di Teluk Minamata, Jepang dan Teluk Buyat, merupakan
bukti nyata bahaya pencemaran merkuri. Metode analisis untuk menentukan kadar merkuri dalam suatu contoh, dapat dilakukan dengan meng- gunakan metode AAS ( Atomic Absorption spectrophotometry ), ICP–AES ( Inductively Cou- pled Plasma–Atomic Emission Spectrophoto- metry ),    X-RAY, dan MS ( Mass Spectrophoto- metry ) atau Voltametri. Metode tersebut memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing,
seperti harga, sensitivitas, selektivitas, rentang konsentrasi, portabilitas untuk di lapangan, dll.
Prinsip elektrokimia dalam analisis merkuri dapat diterapkan pada metode voltametri stripping anoda atau Anodic Stripping Voltammetry (ASV). Karbon merupakan elektroda yang banyak digunakan karena mudah diperoleh dan  konduktivitas yang baik  sedangkan b entonit mempunyai sifat hidrofilik pada permukaannya sehingga merupakan adsorben yang sangat baik untuk senyawa anorganik dan logam-logam berat termasuk merkuri. Pencampuran bentonit dengan karbon dalam bentuk pasta, kemungkinan akan dihasilkan elektroda yang memiliki konduktivitas tinggi dan dapat mengadsorpsi ion merkuri  (II). Berdasarkan hasil penelitian terhadap kinerja Elektroda Pasta Karbon Termodifikasi Bentonit (EPKTB) sebagai sensor elektrokimia pada analisis ion merkuri  (II) pada tahap pre- konsentrasi [1], diperoleh respon yang berpotensi untuk dikembangkan menjadi sensor elektrokimia untuk ion merkuri (II).
Penelitian mengenai pembuatan elektroda untuk analisis merkuri yang telah dilakukan antara lain: elektroda karbon gelas termodifikasi ferrocenoylpolythia crown ether-nafion dengan batas deteksi 10 -9 mol.L -1 Hg 2+ , elektroda pasta karbon termodifikasi humic acid dengan batas deteksi 5x10 -10 mol.L -1 Hg 2+ , elektroda pasta karbon termodifikasi penukar anion ( anion ex- changer ) dengan batas deteksi [1]  µg.L -1 Hg 2+ , dan elektroda grafit termodifikasi kompleks emas (III) pyrolidinethiokarbamat dengan batas deteksi 5 ppb (ng.L -1 ).
Penelitian tentang penggunaan elektroda pasta karbon dengan modifier bentonit untuk digunakan dalam analisis merkuri belum banyak dilaporkan  [2].  Tujuan dari kajian penelitian ini adalah untuk  mengevaluasi model adsorpsi isothermal yang sesuai dengan adsorpsi merkuri oleh EPKTB.

## BAHAN DAN METODE
Penelitian  ini  dilakukan di Laboratorium Balai Besar Bahan dan Barang Teknik.  Bahan yang digunakan dalam penelitian yaitu  bentonit alam jenis Pagoda  S dari daerah Tasikmalaya, serbuk grafit, minyak parafin teknis, aquadest, asam nitrat pekat p.a dan 1.000 mg/L larutan standar Hg(NO 3 ) 2 .
Tahap awal penelitian adalah pembuatan batang elektroda seperti pada Gambar 1 . Pipa gelas yang memiliki panjang 5 cm dan diameter
0,5 cm disambungkan dengan lem kaca pada suatu pipa plastik yang memiliki panjang 12 cm dan diameter 1,3 cm. Bagian ini disebut batang elektroda. Pada bagian tengah dalam pipa plastik dimasukkan kawat Ag.  Ujung kawat Ag di- hubungkan dengan suatu kabel penghantar listrik yang memiliki panjang 45 cm.
Gambar 1. Bagian Batang Elektroda pada Pembuatan EPK dan EPKTB
Pasta Karbon Termodifikasi Bentonit (PKTB)  dibuat dengan menggunakan  serbuk grafit, serbuk bentonit,  dan minyak parafin. Serbuk grafit disiapkan dengan cara mengambil bahan baku grafit dari batu baterai  ukuran A1 dengan beda potensial 1,5 volt merek ABC. Batangan grafit yang diperoleh kemudian digerus sampai halus menggunakan lumpang dan alu. Hasil gerusan diayak dengan ayakan 100 mesh. Serbuk grafit yang digunakan untuk membuat PKTB adalah serbuk grafit yang lolos ayakan  (< 100  mesh).  Serbuk bentonit yang digunakan adalah bentonit alam jenis Pagoda S berasal dari Tasikmalaya.  Bentonit yang diperoleh kemudian digerus sampai halus menggunakan lumpang dan alu.  Hasil gerusan diayak dengan ayakan 100 mesh. Serbuk bentonit yang digunakan untuk membuat pasta karbon termodifikasi bentonit adalah serbuk bentonit yang lolos ayakan (<  100 mesh).  Minyak parafin yang digunakan adalah minyak parafin teknis yang berlabel Bratako kemasan 250 mL.  Pasta Karbon Termodifikasi Bentonit (PKTB) dibuat dengan cara men- campurkan serbuk karbon dan serbuk bentonit, kemudian ditambahkan minyak parafin dan diaduk sampai terbentuk pasta.
Pada percobaan ini digunakan komposisi karbon-bentonit-parafin (4:2:2). Pada Gambar 2 ditunjukkan bahwa EPKTB dihubungkan pada kutub negatif (-) power supply sebagai katoda. Elektroda Kalomel Jenuh dihubungkan dengan kutub positif (+) power supply sebagai anoda. EPKTB dihubungkan dengan multimeter untuk mengukur nilai respon arus dari rangkaian sel elektrokimia ini.
kabel penghantar Pipa kawat Ag pipa gelas pasta karbon 1 5 cm
Kajian Adsorpsi Merkuri (II) dalam Larutan Hg(NO 3 ) 2 oleh Elektroda Pasta Karbon Termodifikai Bentonit (Deni Cahyadi, Eny Susilowati)
Gambar 2. Rangkaian Sel Elektrokimia Sensor Amperometrik
Untuk mengetahui pengaruh komposisi karbon dan bentonit  terhadap  adsorpsi ion Hg 2+ digunakan EPKTB dengan 2 (dua) komposisi karbon dan bentonit yang berbeda.  Kedua EPKTB tersebut selanjutnya digunakan dalam uji pengaruh waktu prekonsentrasi terhadap kinerja elektroda. EPKTB dengan karbon : bentonit = 5 : 1,  dibuat dengan menimbang 10 gram serbuk karbon (<  100 mesh) dicampur dengan 2 gram serbuk bentonit (<  100 mesh), kemudian diaduk sampai homogen  ditambahkan 2 mL minyak parafin dan diaduk sampai terbentuk pasta. Pasta yang terbentuk dimasukkan ke dalam wadah elektroda dan dipasangkan dengan batang elektroda. EPKTB dengan karbon : bentonit = 4 : 2, dibuat dengan menimbang 8 gram serbuk karbon (<  100 mesh) dicampur dengan 4 gram serbuk bentonit (<  100 mesh), kemudian diaduk sampai homogen.  Kedalam campuran ditam- bahkan 2 mL minyak parafin dan diaduk sampai terbentuk pasta. Pasta yang terbentuk di- masukkan ke dalam wadah elektroda dan di- pasangkan batang elektroda.
Untuk  melakukan  pengujian terhadap pengaruh konsentrasi Hg 2+ disediakan tiga buah gelas kimia 100 mL yang masing-masing berisi 75 mL larutan uji Hg(NO 3 ) 2 yang memiliki konsentrasi berbeda, yaitu 1, 4, 5, 6 dan 7 mg/L. Pada  masing-masing larutan tersebut diterapkan beda potensial sebesar 1 volt dengan elektroda EPKTB sebagai katoda dan EKJ  sebagai  anoda, kemudian masing-masing larutan uji diberi waktu prekonsentrasi selama 3 menit.
Analisis larutan Hg 2+ dilakukan  dengan menggunakan  metode CV–AAS, merek Perkin Elmer model AA100, meliputi: setting alat, pembuatan kurva kalibrasi, dan pengukuran larutan uji.  Setting alat CV–AAS  dilakukan
dengan mengganti flame AAS dengan MHS ( Mercury Hidride System ) dan memasang lampu merkuri sebagai sumber sinar.  Kurva kalibrasi dibuat dengan menggunakan larutan  standar disekitar wilayah kerja yaitu; 0, 2, 5, dan 10 ppm [1].

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Batang elektroda yang terbuat dari batang gelas dan kawat platina sebagai konduktor, dibuat terpisah dengan wadah elektroda pasta karbon untuk  memudahkan proses penggunaan kembali ( reuse ). Wadah elektroda  dengan  mudah di- pasang  dan dilepas dari batang elektroda sehingga sangat mudah untuk dibersihkan dan diisi kembali dengan pasta karbon termodifikasi bentonit.  Karbon dan bentonit yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan  EPKTB  terlebih dahulu dihaluskan dan diayak kembali sehingga memiliki ukuran minimum 100 mesh. Dengan ukuran partikel bahan baku yang kecil dan berukuran relatif sama, diharapkan dapat diperoleh campuran karbon-bentonit yang homo- gen dan menghasilkan pasta yang baik.  Ujung batang elektroda dan wadah elektroda pasta karbon dilengkapi dengan gelas yang terasah untuk memudahkan pada saat memasang dan melepas elektroda serta dapat membuat elektroda terpasang dengan kuat dan tidak mudah lepas.
Dengan menggunakan  3,872 mg/L  larutan Hg(NO 3 ) 2 , pengaruh waktu pengujian terlihat dan kapasitas adsorpsi elektroda dapat diperkirakan. Pada Gambar 3  terlihat kondisi yang relatif konstan terjadi pada waktu prekonsentrasi setelah 1 menit. Di atas 1 menit, tidak terlihat perubahan yang berarti, sehingga jika diterapkan waktu pengujian yang lebih lama dari 1 menit tidak akan memberi kemampuan adsorpsi yang berbeda.
Gambar 3. Adsorpsi Hg 2+ dari Larutan Hg(NO 3 ) 2 (3,872mg/L) pada Beberapa Waktu Prekonsentrasi
multimeter Power supply EKP/EPKTB EKJ larutan model Pasta karbon Kajian Adsorpsi Merkuri (II) dalam Larutan Hg(NO 3 ) 2 oleh Elektroda Pasta Karbon Termodifikasi Bentonit (Deni Cahyadi, Eny Susilowati)
3,594
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 0 2 4 6 8 H g( II) te ra ds op rs i, m g/ L Hg(II) awal, mg/L
Berdasarkan  hasil percobaan di atas, diketahui waktu prekonsentrasi minimum adalah 1 menit dengan perkiraan adsorpsi optimum EPKTB sekitar sekitar 3,0–3,5  mg/L. Pada percobaan selanjutnya digunakan waktu prekonsentrasi optimum selama 3 menit dengan harapan selama rentang waktu tersebut kondisi adsorpsi optimum sudah tercapai dan ke- mungkinan terjadinya perubahan adsorpsi ion Hg 2+ lebih kecil.
Pengukuran adsorpsi ion Hg 2+ oleh EPKTB terhadap variasi konsentrasi larutan Hg(NO 3 ) 2 diperlihatkan pada Gambar 4.  Dari hasil percobaan yang dilakukan, untuk larutan dengan konsentrasi  1,298 mg/L (C 1 ), seluruh analit  teradsorpsi, sehingga jumlah analit optimum yang dapat  diadsorpsi oleh EPKTB tidak dapat ditentukan.
Gambar 4. Konsentrasi Sebelum dan Sesudah
Prekonsentrasi Pada percobaan digunakan larutan 1,298(C 1 ),  3,872 (C 2 ), 5,000 (C 3 )  dan  7,250(C 4 ) mg/L Hg 2+ .  Sesudah  hasil  percobaan diperoleh, tidak ada konsentrasi  yang  tersisa untuk larutan C 1 sedangkan larutan yang tersisa 0,524 (C 2 ) 1,526 (C 3 ) dan 3,656 (C 4 ) mg/LHg 2+ . Dapat diketahui jumlah analit yang diadsorpsi dari selisih antara konsentrasi sebelum dan sesudah percobaan, dimana untuk C 2 jumlah analit yang teradsorpsi sebesar 3,348 mg/L, untuk C 3 jumlah analit yang teradsorpsi sebesar 3,474 mg/L, untuk C 3 jumlah analit yang teradsorpsi sebesar 3,458 mg/L dan untuk C 3 jumlah analit yang teradsorpsi sebesar  3,594 mg/L.  Elektroda Pasta Karbon Termodifikasi Bentonit (EPKTB) yang disiapkan memiliki ukuran yang tetap sesuai dengan ukuran diameter dari wadahnya. Dengan melakukan percobaan menggunakan variasi konsentrasi analit, maka dapat diketahui jumlah optimum analit Hg 2+ yang dapat diadsorpsi oleh EPKTB tersebut.
Untuk menentukan adsorpsi optimum ion Hg 2+ oleh EPKTB dibuat kurva seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 5. Pada kurva tersebut diperoleh adsorpsi optimum sebesar 3,594 mg/L.
Gambar 5  Kurva Adsorpsi Hg 2+ oleh EPKTB terhadap Konsentrasi Larutan Hg 2+ yang Berbeda
Dari hasil penimbangan terhadap tiga buah EPKTB diperoleh  0,4873, 0,5205  dan 0,5103  g, sehingga massa rata-rata EPKTB adalah 0,5060 g dan volume larutan 75 mL. Dengan memban- dingkan nilai adsorpsi optimum dengan massa EPKTB, maka diperoleh kapasitas adsorpsi optimum ion Hg 2+ oleh EPKTB sebesar 0,53 mg/g.  Artinya tiap 1 gram EPKTB dapat meng- adsorpsi 0,53 mg Hg.
Untuk melakukan evaluasi terhadap jenis adsorpsi Hg 2+ oleh EPKTB dilakukan fitting kurva data fraksi permukaan EPKTB yang mengadsorpsi ion Hg 2+ (Ө)  terhadap  konsentrasi larutan Hg(NO 3 ) 2 pada kesetimbangan (Ca), dengan  menggunakan model adsorpsi isothermal [3] Langmuir dan Freundlich. Asumsi bahwa luas permukaan EPKTB sebanding dengan adsorpsi optimum ion Hg 2+ oleh EPKTB dan luas permukaan EPKTB yang mengadsorpsi ion Hg 2+ sebanding dengan adsorpsi yang terjadi pada masing- masing variasi konsentrasi, maka nilai Ө dapat ditentukan.
Selanjutnya dengan menggunakan data pada Tabel 1, dilakukan fitting kurva fraksi Hg 2+ teradsorpsi EPKTB sebagai fungsi konsentrasi larutan pada kesetimbangan    terhadap model adsorpsi isothermal  [5]  dengan  persamaan Langmuir θ = K L C a ( 1+K L C a ) , ditunjukkan oleh Gambar  6, jika suatu hasil perhitungan fungsi regresi-linear menggunakan program ms.excel. sistem  memenuhi model adsorpsi isotermal Langmuir kemungkinan memiliki permukaan adsorben yang homogen dan atau tidak terjadi interaksi antar partikel adsorbat.
Analisis Kegagalan pada Wheel Head Spool (Kosasih, Kuntari Adi Suhardjo)
Gambar 6. Model Adsorpsi Isotermal Langmuir
Model lain yang dapat digunakan untuk menjelaskan fenomena adsorpsi isotermal adalah model adsorpsi isotermal dari Freundlich yang
memiliki persamaan 𝜃 = 𝐾 𝐹 𝐶 𝑎 1 𝑛 � .  Hasil fitting kurva fraksi Hg 2+ teradsorpsi EPKTB sebagai fungsi konsentrasi larutan pada kesetimbangan terhadap persamaan Freundlich diperlihatkan pada Gambar 7.
Gambar 7. Model Adsorpsi Isotermal
Tabel 1.  Data Adsoprsi Hg 2+
No. C max C 0 , mg/L C a ,mg/L C ads ,mg/L Ө = (C ads /C max ) 1 3.594 3.872 0.524 3.348 0.932 2 3.594 5.000 1.526 3.474 0.967 3 3.594 7.25 3.656 3.594 1.000
Berdasarkan hasil fitting kurva data percobaan dengan menggunakan model adsorpsi Langmuir dan Freundlich, dengan menggunakan Chi-square test, sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 2, ternyata model adsorpsi yang paling cocok adalah model adsorpsi isothermal Freundlich karena memiliki nilai x 2 (chi-square) paling kecil sebesar = 0,99999858.
Tabel 2.  Uji Chi-square (x 2 )
θ test θ Langmuir x 2 (Langmuir) θ Freundlich x 2 (Freundlich ) 0.932 0.952 1.99925 858 0.931 0.999998 58 0.967 0.983 0.968 1.000 0.993 0.999
Model adsorpsi isothermal  Freundlich mengikuti persamaan: 𝜃 = 𝐾 𝐹 𝐶 𝑎 1 𝑛 � ; sehingga dengan melakukan ekstrapolasi fungsi power pada microsoft  excel, diperoleh persamaan garis 𝑦 = 0,9532 𝑥 0 , 0364 ; dengan demikian  diperoleh nilai konstanta Freundlich (K F ) = 0,9532.
Fenomena adsorpsi yang mengikuti model adsorpsi isothermal Freundlich memiliki karak-
teristik permukaan adsorben yang tidak homogen. Pada percobaan yang dilakukan, adsorben yang digunakan berupa pasta yang terdiri dari campuran karbon dan bentonit, sehingga akan dihasilkan permukaan adsorben yang tidak homogen.
Penentuan energi adsorpsi merkuri(II) oleh adsorben EPKTB dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan energi adsorpsi (E); E = RT  ln K F , sehingga diperoleh energi adsorpsi sebesar 120,07 kJ/mol. Berdasarkan besarnya energi adsorpsi yang diperoleh tersebut diduga bahwa proses adsorpsi yang terjadi mengikuti proses adsorpsi kimia karena menurut Adamson [4]  minimal energi adsorpsi kimia adalah 20,92 kJ/mol.

## KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian yang di- lakukan, adsorpsi yang terjadi antara EPKTB dengan ion merkuri (II), mengikuti model adsorpsi isotermal Freundlich dengan  energi adsorpsi sebesar 120,07 kJ/mol  serta memiliki kapasitas adsorpsi sebesar 0,53 mg/g.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Kepala Balai Besar Bahan dan Barang Teknik, Dr. Agus Setiabudhi, Ali Kusrijadi, Asep Zainussalam,  dan  Iyan Ferdiyana, yang telah membantu dalam pelaksanaan penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]. Cahyadi,  2007,  “Uji Kinerja Elektroda Pasta Karbon Termodifikasi Bentinit (EPKTB) sebagai Sensor  Elektrokimia pada  Analisis  Ion  Merkuri (II)”, Skripsi Sarjana pada Kimia FPMIPA UPI,
Bandung: tidak diterbitkan.
[2]. Huang, W.,Yang, C., Zhang, S., 2002, Anodic Stripping Voltammetric Deter- mination of Mercury by use of a Sodium Montmorillonite-Modified Carbon-paste Electrode. Anal Bioanal   Chem 374: 998- 1001.
[3]. Foo, K.Y., B.H. Hameed, 2009,  “Insights into the Modeling of Adsorption  Isotherm System”,  Chemical  Engineering  Journal (2010) 2-10.
[4]. Khoerunnisa, Fitri, 2005, “Kajian Adsorpsi dan Desorpsi Ag 2 S 2 O 3 dalam Limbah Fotografi pada dan dari Adsorben Kitin dan Asam Humat Terimobilisasi pada Kitin”, Tesis Program Studi Ilmu Kimia Universitas Gajah Mada , Yogyakarta: tidak diterbitkan.